（精）第四讲 微波混频器技术指标.ppt

3.2　微波混频器的小信号传输特性 ——变频损耗　　微波混频器的作用是将微波信号转换为中频信号，频率变换后的能量损耗即为变频损耗。微波混频器的小信号传输特性的研究任务包括：　　(1) 输入信号功率经过混频器后有多少功率转换成中频信号功率，即变频损耗。　　(2) 当混频器的源电导Gg和输出电导G0为何值时，变频损耗最小。　　变频损耗定义为微波信号资用功率Psa与输出中频资用功率Poa之比，常用分贝表示，即 　　变频损耗主要包括以下三部分：　　(1) 由寄生频率产生的净变频损耗L0。　　(2) 由混频二极管寄生参量引起的结损耗Lj。　(3) 混频器输入/输出端的失配损耗La。 3.2.1　净变频损耗　　在混频过程中产生的寄生频率都含有一部分信号功率，如果它们消耗在电阻上，就会造成损耗，这些损耗称为净变频损耗。计算净变频损耗时，认为混频器输入、输出端口均已匹配，且将二极管只看做是一个受本振电压控制的时变电导g(t)。　　混频器的等效电路是一个三端口网络，净变频损耗不但与二极管的特性有关，还与各端口的负载阻抗有关。实际应用中，最关心的是镜像短路、镜像匹配和镜像开路这三种混频器的净变频损耗。为普遍起见，首先讨论镜像端口负载电导Gi为任意值时的净变频损耗，然后再讨论三种主要混频器的净变频损耗。 　　1. Gi为任意值时的净变频损耗 混频器的等效电路如图3-6(b)所示，根据网络方程式(3-16)，由镜像端口得 Ii=GiUi 　　　　　　 (3-20)对式(3-16)和式(3-20)联立求解，得 IS=m11US+m12U0 I0=m21US+m22U0 用矩阵表示为 式中：于是把三端口网络简化成二端口网络，如图3-7所示。网络参数与镜像端口的负载电导Gi有关。 图 3-7　镜像电导G为任意值时的混频器等效电路 　　为计算净变频损耗，首先应求出信号源的资用功率和混频器输出的中频资用功率，然后求两者之比。　　信号源的资用功率(Gi=Gg时)为 式中：IA是信号的电流幅值。为求得混频器输出的中频资用功率，在中频端口使用戴维南定理，把输出端口以左的电流等效成一个新的恒流源，如图3-8所示。 图 3-8　中频输出端等效电路 　　图3-8中，Ie是恒流源电流，即输出端短路电流的幅值；G0是恒流源的内电导，即获取的中频输出电导。当中频端口短路时，Ie=I0，混频器的外部方程为 IS=IA－USGg 　　U0=0将式(3-25)和式(3-23)联立求解，得 　　混频器的中频输出电导G0是输入端恒流源IA开路时(即IA＝0)由输出端向左看过去的等效电导。当IA＝0时，IS=－USGg，代入式(3-23)得 　　于是混频器输出的中频资用功率为 　　因此，镜频端口的负载电导Gi为任意值时，混频器的净变频损耗为　　可见，净变频损耗是信号源电导Gg与网络参数［m］的函数。当混频器的激励状态一定时，L0随Gg变化。调整Gg可使L0达到最小。令　　　　，即可求得最小变频损耗及其相应的最佳源电导和最佳输出电导，即  　　2. 镜像匹配(Gi＝Gg)时的净变频损耗　　当混频器输入回路的带宽相对于中频来说足够宽时，输入回路对镜频呈现的电导Gi和对信号频率所呈现的电导差不多相等，即Gi＝Gg，这种情况称为镜像匹配。在镜像匹配混频器中，镜频电压和镜频电流都不等于零。将Gi＝Gg代入式(3-31)，得到镜像匹配混频器的最小变频损耗、最佳源电导和最佳输出电导为 　　3. 镜像短路(Gi＝∞)时的净变频损耗　　如果在输入端加入对镜频短路的窄带滤波器，使输入回路对镜频呈现短路，则称为镜像短路混频器，如图3-9所示。在镜像短路混频器中，由于镜频电流没有流过信号源内阻，因此镜频能量没有消耗，而是被反射回混频器，所以净变频损耗比镜像匹配时要小。将Gi＝∞代入式(3-30)～式(3-32)求得镜像短路混频器的最小变频损耗、最佳源电导和最佳输出电导为 图 3-9　镜像短路混频器 　　4. 镜像开路(Gi＝0)时的净变频损耗　　如果在混频器的输入端与二极管之间嵌入一个镜频抑制滤波回路，则形成镜像开路，如图3-10所示。　　在镜像开路混频器中，由于镜频电流Ii＝0，因此不消耗镜频能量，而将镜频能量储存起来，在镜频抑制滤波器的两端形成镜频电压U，U又与本振基波混频(ωL－ωi=ω0)，得到有用的中频能量，使输出的中频功率增加。所以镜像开路混频器具有最低的净变频损耗。　　将Gi＝0代入到式(3-30)～式(3-32)，得到镜像开路混频器的最小净变频损耗、最佳信号源电导和最佳输出电导为 